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2024-11-21 (목)

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[퓨처 Eyes(58)] 인듐 셀레나이드, 초저에너지 시대 연다

스마트폰 배터리를 하루 종일 써도 용량이 남는 시대가 올까? 꿈만 같은 이야기가 현실로 다가오고 있다. 인도과학연구소(IISc), 미국 펜실베이니아대학교 공과대학, 매사추세츠공과대학(MIT)의 공동 연구팀이 쏘아 올린 '인듐 셀레나이드(In2Se3)'라는 혁신의 씨앗 덕분이다. 이 소재는 마법처럼 전기적 충격만으로도 기존 메모리보다 10억배나 작은 에너지로 데이터를 저장한다. 미래 메모리 저장 장치의 판도를 뒤흔들 게임 체인저가 등장한 것이다. 기존 메모리, 에너지 소비량 높아⋯인듐 셀레나이드는 '깃털'처럼 가볍다 지금까지 메모리 저장 장치의 주역은 위상변화 메모리(PCM)였다. CD, DVD, 블루레이 등에 널리 쓰이는 이 기술은 특정 물질을 800℃ 이상의 고온으로 녹였다가 급속 냉각하는 방식으로 데이터를 저장했다. 이 과정에서 막대한 전력을 소비하는 게 단점이다. "PCM이 널리 쓰이지 못하는 가장 큰 이유 중 하나는 높은 에너지 소비 때문이다" 펜실베이니아 공과대학의 재료 과학 및 공학(MSE) 분야의 스리니바사 라마누잔 석좌교수 리테시 아가왈의 말처럼 에너지 효율은 메모리 기술의 아킬레스 건이었다. 하지만 인듐 셀레나이드는 이러한 문제에 명쾌한 해답을 제시한다. 전기 충격만으로, 아주 작은 에너지로 데이터를 저장하는 혁신적인 기술이라 메모리 시장의 패러다임을 바꿀 잠재력이 있다. 전류 한 방에 '유리 상태'로 변신!⋯2D 층상 구조가 빚어낸 마법 연구팀은 인듐 셀레나이드 나노선에 전류를 흘려보내는 실험을 진행했다. 그런데 놀랍게도, 전류를 통과시키자 결정 구조가 순식간에 유리 상태로 변했다고 한다. 논문 제1저자인 펜실베이니아 공과대학의 전 박사과정 학생인 가우라브 모디는 "처음에는 소재가 손상된 줄 알았다"며 당시의 놀라움을 감추지 못했다. 일반적으로 아몰화(결정 구조가 무질서한 비결정질 상태로 변하는 현상)를 유도하려면 강력한 전기 펄스를 가해야 한다. 하지만 인듐 셀레나이드는 연속적인 전류만으로 유리 상태로 변한다. 신기하지 않은가? 이 현상의 비밀은 인듐 셀레나이드의 독특한 구조에 숨겨져 있다. 2D 층상 구조, 강유전체성, 압전성, 이 세 가지 요소가 절묘한 조화를 이루며 혁신을 가능하게 했다. 2D 층상 구조 덕분에 전류가 층 사이를 통과하면, 층들이 서로 미끄러지며 특정 쌍극자 모멘트를 가진 도메인을 형성한다. 이 도메인 사이의 결함이 충돌하면서 결정 구조가 붕괴되고, 마침내 유리 상태로 변한다. 아가왈 석좌교수는 IISc의 나노 과학 및 공학 센터(CeNSE)의 파반 누칼라(Pavan NuKALA) 조교수와 박사과정 학생인 숩함 파라테(Shubham Parate)와 협력해 전자 현미경으로 이 과정을 원자 단위에서 마이크로미터 길이까지 면밀히 추적했다. '도메인 경계 충돌'로 에너지 절감⋯스마트 기기 배터리 혁명 이끈다 연구팀은 연속 전류가 재료의 2D 층과 평행하게 흐르면 층이 서로 다른 방향으로 미끄러진다는 것을 발견했다. 파반 누칼라 교수는 이 과정을 도메인 경계가 전기장에 의해 움직이며 서로 충돌하는 현상으로 설명했다. 이는 연쇄 반응을 일으켜 결국 전체 물질을 유리 상태로 바꿔 놓는다. 놀랍게도 이 과정에서 소비되는 에너지는 극히 적다. 연구팀의 파라테 박사과정 학생은 "전자 현미경으로 다양한 길이 척도에서 이 모든 요소들이 함께 살아나 작용하는 놀라운 현상을 관찰했다"고 말했다. 이 기술은 스마트폰, 컴퓨터 등 다양한 전자 기기에 적용되어 에너지 효율을 극대화할 수 있다. 저전력 메모리 기술은 기기 사용 시간을 획기적으로 늘리고 전력 소모를 줄여, 배터리 걱정 없는 세상을 열어줄 것으로 기대된다. 인듐 셀레나이드, 미래를 향한 '퀀텀 점프'⋯에너지 절감, 그 이상의 가치를 향해 인듐 셀레나이드의 저에너지 아몰화 기술은 에너지 절감에 크게 기여할 것으로 기대된다. 데이터 저장 효율을 극대화하여 스마트 기기 사용 경험을 혁신적으로 개선할 것이다. 인듐 셀레나이드가 이끌어갈 미래는 더욱 빠르고, 가볍고, 오래가는 스마트 기기로 가득할 것으로 기대된다. 하지만 상용화까지는 몇 가지 과제가 남아 있다. 예를 들어 아몰화된 인듐 셀레나이드의 안정성을 높이고, 데이터 저장 용량을 늘리는 연구가 필요하다. 또한 기존의 메모리 생산 공정에 적용할 수 있는 기술 개발도 중요하다. 연구팀은 이러한 과제들을 해결하기 위해 후속 연구를 진행하고 있으며, 인듐 셀레나이드 기반 메모리 기술이 가까운 미래에 상용화될 수 있을 것으로 전망했다. 이 혁신의 물결은 이제 막 시작됐다. 이번 논문은 지난 11월 6일 학술지 네이처에 게재됐다.
- 포커스온
2024-11-14
[퓨처 Eyes(57)] 세포도 웨어러블 입는 시대…"생체 전자장치의 혁명"

웨어러블 기술이 스마트워치나 피트니스 트래커를 넘어 세포 단위까지 진화하고 있다. MIT 연구진은 최근 개별 세포의 전기적, 대사 활동을 측정하고 조절할 수 있는 혁신적인 세포용 웨어러블 장치를 개발했다고 밝혔다. 빛에 반응하는 부드러운 고분자 '아조벤젠'으로 만들어진 이 장치는 빛의 세기와 방향에 따라 세포를 감싸거나 펼쳐지며 세포 활동을 제어한다. 마치 세포에 옷을 입히고, 빛으로 그 옷을 조종하여 세포의 활동을 제어하는 것과 같다. 세포용 웨어러블의 구조와 기술적 혁신 MIT 연구진이 개발한 세포용 웨어러블 장치는 부드러운 고분자인 '아조벤젠'으로 만들어져 있다. 아조벤젠은 빛을 받으면 말리는 성질을 가지고 있어, 이를 통해 세포의 다양한 부위를 감싸는 방식으로 작동한다. 연구팀은 빛의 세기와 방향을 조절함으로써 장치의 말림과 세포와의 접촉 방식을 정밀하게 제어할 수 있다. 이를 통해 이 장치는 세포를 손상시키지 않으면서도 꼭 맞게 감싸는 기술을 구현할 수 있었다. 또한, 최근의 합성 생물학적 연구와 세포 외부 반응 시스템(cell-free synthetic biology)을 기반으로 한 기술들은 웨어러블 장치의 가능성을 크게 확장하고 있다. 합성 생물학은 생체 시스템을 제어할 수 있는 전례 없는 가능성을 열어주었고, 다양한 생물학적 회로와 센서를 설계할 수 있는 기반을 마련했다. 특히, 세포 외부 반응 시스템은 세포를 직접 사용하지 않으면서도 유전자 회로를 활용해 원하는 반응을 이끌어낼 수 있다는 점에서 기존의 생체 웨어러블 기술의 한계를 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 무선 작동과 생체 적합성 이 장치는 배터리가 필요 없으며, 몸 안에서 자유롭게 부유하는 형태로 존재한다. 외부에서 빛을 조사하여 비침습적으로 장치를 작동시킬 수 있어, 신체 내부 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. MIT 연구진은 수많은 실험을 통해 이 장치가 신경세포와 상호작용하면서도 세포에 손상을 주지 않고 생체 적합성을 유지할 수 있음을 입증했다. 또한, 이러한 웨어러블 시스템에는 유전자 회로를 포함한 다양한 센서를 사용해 세포 내부와 외부의 다양한 분자들을 탐지하고 반응할 수 있도록 설계할 수 있다. 이러한 점에서 이 기술은 매우 혁신적이다. 신경 질환 치료의 잠재성 세포용 웨어러블 장치는 특히 신경계 질환, 예를 들어 다발성 경화증(MS)과 같은 질환의 치료에서 그 가능성을 높이 평가받고 있다. 다발성 경화증 환자는 신경을 보호하는 '미엘린'이라는 층이 손상되는데, MIT 연구진의 장치는 이 손상된 축삭을 감싸 합성 미엘린의 역할을 수행할 수 있다. 연구팀의 주저자인 데블리나 사카르는 "이 기술은 세포 수준에서 작동하는 합성 미엘린을 통해 다발성 경화증 환자들의 신경 기능을 회복시키는 데 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 이 장치가 단순한 실험적 기술을 넘어, 신경계 질환을 치료할 수 있는 실질적 도구가 될 가능성을 가지고 있는 것이다. 생체 전자장치의 미래와 윤리적 과제 MIT 연구팀은 세포용 웨어러블 장치가 합성 미엘린 역할뿐만 아니라 다양한 광전기 물질과 결합해 세포를 자극하는 데 사용할 수 있음을 보여주었다. 예를 들어, 장치 위에 원자 수준의 얇은 재료를 덮어 패턴화하면, 여전히 말려서 미세 튜브 형태를 만들 수 있다. 이는 장치가 다양한 신호(전기적, 광학적, 열적 신호 등)를 세포에 전달할 수 있는 플랫폼으로서 사용될 가능성을 열어주고 있다. 이러한 기술은 신경과학 연구뿐만 아니라 인공지능 기술과의 결합을 통해 인간의 뇌 연구와 질병 치료의 새로운 가능성을 제시할 수 있다. 그러나 이러한 기술이 인체에 도입되는 만큼 윤리적 고민 역시 동반된다. 비록 비침습적 방식이라 할지라도 인체 내부에 장치를 설치하는 것에 대한 프라이버시 문제와 인체에 미칠 장기적 영향에 대한 우려가 존재한다. 펜실베이니아 대학교의 플라비아 비탈레 교수는 "이 기술은 세포 수준에서 신경세포와 상호작용하는 전례 없는 해상도를 보여준다. 하지만 그 사용에는 윤리적 고려가 필요하다"고 말했다. 기술의 발전과 함께 그에 따른 책임과 윤리적 기준을 마련하는 것이 중요하다. 미래의 신경과학과 의학의 패러다임 변화 세포 자체가 장치를 착용하는 시대가 도래하고 있다. 이러한 세포용 웨어러블 장치는 신경계 질환 치료의 새로운 장을 열어줄 뿐만 아니라, 생체 전자장치가 인체와 어떻게 상호작용하고 우리의 건강을 관리할 수 있을지를 새롭게 정의할 것이다. 이 혁신적인 기술은 단순한 상상이 아니라, 이제 곧 우리의 현실로 다가오고 있다. 우리는 이 혁신이 인체와 어떻게 공존할 수 있을지를 탐구하고, 그에 따른 윤리적 과제를 함께 고민해야 할 것이다. 데블리나 사카르 교수는 "우리가 보여준 이 기술의 가능성은 앞으로의 연구와 응용에 있어 엄청난 잠재력을 가지고 있다"고 말했다. 지금 우리는 미래 과학의 첫걸음을 내딛고 있는 것이다.
- 포커스온
2024-11-07
일본, 세계 최초 나무 인공위성 발사 성공…우주쓰레기 문제 해결 기대

일본이 세계 최초로 목조 인공위성을 우주로 보냈다고 CNN을 비롯한 외신들이 비중있게 전했다. 발사에 성공한 나무 인공위성은 라틴어로 나무를 뜻하는 단어를 포함한 링고샛(LignoSat)이라는 이름으로, 교토 대학과 스미토모 포레스트리(Sumitomo Forestry)가 공동으로 개발했다. 이 위성은 국제우주정거장(ISS)으로 가는 스페이스X(SpaceX) 임무에 포함되었으며, 곧 지구 위 궤도로 발사될 예정이다. 목재 위성을 발사한 데는 두 가지 주요 이유가 있다고 한다. 첫째, 우주의 혹독한 환경에서 나무의 내구성을 시험하기 위한 것이다. 이번 시험에 성공하면 더 많은 나무 위성을 만들어 우주로 쏘아 올린다는 계획이다. 또 하나는 우주에서의 목재의 유용성이다. 교토 대학 교수이자 우주인인 도이 다카오는 "직접 생산할 수 있는 소재인 목재를 사용하면 우주에서 영구적으로 집을 짓고 살고 일할 수 있게 될 것"이라고 말했다. 이는 나무를 심고 달과 화성에 실제 목조 주택을 짓는 50년 계획의 첫 번째 단계다. 교토 대학의 마라타 고지 산림과학 교수는 "1900년대 초의 비행기는 나무로 만들어졌다. 나무로 만든 위성도 당연히 실현 가능하다"고 말했다. 목재 구조물의 이점은 그 외에도 여럿이다. 목재 소재는 실제로 지구보다 우주에서 더 내구성이 있어야 하는데, 그 이유는 끝없이 공허한 공간에는 물이나 산소가 없기 때문이다. 산소가 없으면 썩을 것이 없으며 불이 붙기도 매우 어렵다. 심지어 방사선으로부터 매우 적절한 보호 기능도 제공한다. 목재는 지구 궤도에 있는 다른 모든 위성과도 관련이 있다. 지구 궤도에는 현재 3000개가 넘는 위성(저궤도 통신위성을 포함하면 훨씬 많아진다)이 돌고 있으며, 그 외 다양한 종류의 우주 잔해물도 같이 엉켜 있다. 앞으로 나무 위성은 지구로 다시 떨어지고 재돌입하면서 타 없어질 것이다. 금속 위성은 (대부분) 귀환하는 동안 타버리지만, 그 과정에서 유해한 산화알루미늄 입자를 생성한다. 현재는 지구를 덮고 있는, 끊임없이 늘어나는 우주 쓰레기에 대한 대책이 전무하기 때문에 목재 위성이 도움이 될 수 있다. 도이 교수는 "미래에는 금속 위성 발사가 금지될 수도 있다"는 시나리오를 예상하고 있다. 어떤 경우든, 달에 통나무집을 짓는 것은 즐거운 이벤트가 될 수 있다는 설명이다.
- IT/바이오
2024-11-07
MIT 기술과 만난 로봇개 '스팟', 진짜 강아지처럼 '가져오기 놀이' 성공

로봇개는 인공지능(AI) 및 컴퓨터 비전과의 조합으로 특정 물체에 집중할 수 있게 되면서 '가져오기 놀이'까지 가능한 수준으로 진화하고 있다. 최근 국제전기전자공학자협회(IEEE)의 로보틱스 및 자동화 저널(Robotics and Automation Letters)에 발표된 새로운 연구에 따르면, MIT 연구진은 로봇에 카메라를 부착해 전방 사물을 빠르게 파악하고, 3D로 매핑하며, 음성 명령을 통해 주어진 작업과 가장 관련성이 높은 대상을 식별할 수 있는 클리오(Clio)라는 방법을 개발했다고 라이브사이언스가 전했다. 클리오는 '정보 병목현상' 이론을 활용하는데, 이는 인간의 두뇌가 정보를 처리하는 방식을 모방한 것이다. 기계학습(머신러닝) 알고리즘 모음인 신경망(뉴럴 네트워크)은 목표 대상을 골라 저장하도록 정보를 압축한다. 이 시스템을 갖춘 로봇은 '구급상자 가져오기'와 같은 명령을 처리할 수 있다. 기계학습에 의해 구급상자를 스스로 식별하는 것이다. 연구진은 전방의 책 더미에서 특정한 책을 가져오는 과제를 예로 들었다. 시야에 보이는 쌓여 있는 책 가운데 특정한 녹색 책을 가져오는 것이 임무일 경우, 클리오는 병목현상을 활용해 전방에 대한 모든 시각 정보를 넣고 녹색 책을 나타내는 영역을 특정한다. 관련이 없는 다른 영역은 간단히 제거할 수 있는 그룹으로 세분화된다. 그러면 임무를 지원하는 데 필요한 적절한 객체가 남고, 주어진 명령을 수행한다. 클리오가 실제로 작동하는 것을 시연하기 위해 연구진은 클리오를 장착해 실행하는 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)의 4족 로봇개 스팟(Spot)을 사용해 사무실 건물을 탐색하고 일련의 임무를 수행했다. 클리오는 실시간으로 작업하면서 임무와 관련된 대상 객체만 보여주는 가상 지도를 만들어 냈고, 이를 통해 로봇개 스팟은 목표를 완수했다. 연구진은 모든 종류의 객체를 식별하도록 훈련된 인공지능 도구, 시스템 및 서비스를 뒷받침하는 가상 신경망인 대규모언어모델(LLM)과 컴퓨터 비전을 결합, 클리오를 통해 이러한 수준의 세분화를 달성했다. 클리오의 획기적인 기능은 할당된 특정 작업과 관련, 실시간으로 보는 것을 세분화할 수 있는 능력이다. 기술의 핵심은 눈으로 보이는 장면을 여러 개의 작은 영역으로 분할할 수 있는 매핑 도구를 클리오에 통합한 것이다. 세분화된 영역에 대해 신경망은 내려진 명령과 유사한 영역을 선택한다. 즉 명령과 유사한 객체를 형성하는 것이다. 연구진은 앞으로 클리오를 더 높은 수준의 작업을 처리할 수 있도록 개선한다는 계획이다. 실종자 수색이나 재해 현장에서의 인명 구조의 경우 '생존자 찾기'나 '전원 다시 켜기'와 같이 더 높은 수준의 작업을 수행해야 한다. 연구진은 인간과 가깝게 복잡한 작업을 수행하는 방법을 찾을 방침이다. 일단 클리오는 사용자가 실제로 물건을 던지고 이를 가져오는 놀이를 할 수 있는 로봇개를 탄생시킬 수 있다. 클리오를 적용함으로써 로봇개가 공원에서 사람과 놀 수 있는 동료가 되는 셈이다.
- IT/바이오
2024-11-05
[우주의 속삭임(75)] 태양계 밖 황소자리에서 처음으로 복합 탄소 발견

지구에서 430광년 떨어진 황소자리 분자 구름 내에 위치한 심우주에서 거대 복합 탄소가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 이는 천체화학의 오랜 미스터리, 즉 '생명의 핵심 구성 요소인 탄소가 어디에서 왔는가'를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 추가 단서를 제공할 것으로 기대된다. 피렌(pyrene)이라고 불리는 이 분자는 탄소의 4개의 융합된 평면 탄소 고리로 구성되어 있다. 따라서 다환 방향족 탄화수소(PAH)로 분류되며, 이는 가시 우주에서 가장 풍부한 복합 분자 중 하나다. PAH는 1960년대에 탄소질 콘드라이트로 알려진 운석에서 처음 발견되었는데, 이는 우리 태양계를 형성한 원시 성운의 잔해이다. 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학과 브렛 맥과이어 교수는 "별과 행성 형성의 큰 의문 중 하나는 초기 분자 구름에서 추출한 화학 물질 중 얼마나 많은 부분이 유전되어 태양계의 기본 구성 요소를 형성하는가 하는 것이다"라고 말했다. PAH는 우주에서 발견되는 탄소의 약 20%를 차지하는 것으로 추정되며, 별의 형성에서 사멸까지의 별의 일생 여러 단계에서 존재한다. PAH는 자외선(UV) 방사선에 대한 안정성과 복원력으로 인해 심우주의 혹독한 환경에서도 생존할 수 있다. 연구진은 지구 근처에서 발견된 소행성 류구(Ryugu)로부터 수집한 샘플에서 피렌이 높은 수준으로 발견된 후, 황소자리 구름에서도 다른 PAH를 찾기 시작했고 이번에 복합 탄소 분자를 발견하게 된 것이다. 태양계의 발상지에서 이런 분자를 발견한 것은 천문학자들이 오랫동안 찾아왔던 직접적인 연결 고리를 제공한다. 맥과이어는 "이는 초기 분자 구름에서 나온 이 물질이 우리 태양계를 구성하는 얼음, 먼지 및 암석체로 들어간다는 매우 강력한 증거"라고 설명했다. 이 발견은 전파 천문학을 이용한 것으로, 전파 천문학은 별, 행성, 은하, 먼지 구름과 같은 천체를 전파의 파장으로 관찰하는 천문학의 주요 분야다. 천문학자들은 다양한 천체에서 발생하는 전파를 연구함으로써 특정 대상의 구성, 구조 및 운동을 파악한다. 우주에서 분자를 식별하는 데 사용되는 다른 장비와 비교해, 전파 망원경은 일반 분자 그룹이 아닌 개별 분자를 관찰할 수 있는 기능을 제공한다. 전파 망원경은 분자가 특정 주파수에서 방출하거나 흡수하는 전자기파의 고유한 ‘지문(특성)’을 감지하고 출력한다. 각 분자는 고유한 회전 및 진동 에너지 레벨을 갖는다. 특성 전파는 분자가 이러한 레벨 사이를 전환할 때 생성된다. 전파 망원경은 이를 탐지해 연구에 제공하는 것이다. 이번 탄소 분자에 대해 UBC 화학과의 일사 쿡 교수는 "이는 2021년 처음 발견한 이후 우주에서 확인된 일곱 번째 개별 PAH"라고 말했다. 그는 "PAH는 생명의 구성 요소와 유사한 화학 구조를 갖고 있다. 이 분자가 어떻게 형성되고 우주로 운반되는지에 대해 더 많이 알게 되면 우리 태양계와 그 안의 생명에 대해 더 많이 알게 될 것이다"라고 부연했다. 태양계의 기원지에서 피렌을 발견한 것 외에도, 연구팀에게 더욱 흥미로웠던 것은 구름의 온도가 단지 10켈빈(섭씨 영하 263도)으로 측정되었다는 사실이다. 지구에서 PAH는 화석연료의 연소와 같은 고온 과정을 통해 형성된다. 따라서 이 추운 환경에서 PAH를 발견한 것은 놀라운 일이었다. 쿡 교수는 "향후 연구는 PAH가 극도로 추운 곳에서 형성될 수 있는지, 아니면 우주의 다른 곳에서 오래된 별의 죽음을 통해 형성돼 이동할 수 있는지 여부를 탐구하는 것이 목표"라고 말했다.
- IT/바이오
2024-10-29
구글, AI 생성 텍스트에 워터마킹 도구 오픈소스로 공개

구글(Google)은 자사의 씬스ID(SynthID) 텍스트 워터마킹 기술이 AI 생성 텍스트를 더 쉽게 식별할 수 있도록 만든 도구로, 이제 구글의 생성형 AI 도구인 'Google Responsible Generative AI Toolkit' 통해 오픈소스로 제공된다고 X(옛 트위터)를 통해 발표했다. 구글 딥마인드(DeepMind)의 연구개발 담당 부사장 푸시밋 콜리(Pushmeet Kohli)는 MIT 테크놀로지 리뷰에서 "이제 다른 생성형 AI 개발자들도 이 기술을 사용함으로써 출력되는 텍스트들이 대규모언어모델(LLM)에서 나왔는지의 여부를 감지할 수 있게 될 것"이라며 "더 많은 개발자들이 책임 있는 AI를 구축하기 쉬워졌다"고 밝혔다. LLM이 정치적 허위 정보를 퍼뜨리고, 동의받지 않은 성적 콘텐츠를 생성하며, 기타 악의적인 목적으로 사용됨에 따라, 워터마크는 점점 더 중요한 도구가 되고 있다. 캘리포니아주 정부는 이미 AI 워터마킹을 의무화하는 법안을 검토하고 있으며, 중국 정부는 지난해부터 이를 의무화하기 시작했다. 그러나 이 도구는 여전히 개발 또는 적용이 진행 중이다. 지난 8월에 발표된 씬스ID는 이미지, 오디오, 동영상, 텍스트가 생성될 때, 보이지 않는 워터마크를 추가함으로써 AI가 생성한 출력임을 감지할 수 있도록 지원한다. 구글은 씬스ID의 텍스트 버전이 인간은 감지할 수 없지만 소프트웨어는 감지할 수 있는 방식으로 작동한다고 말했다. 생성형 AI로 인한 텍스트 출력의 개연성을 약간 낮출 것으로 예상된다. 구글은 이미 자사의 생성형 AI 모델인 제미나이(Gemini) 챗봇에 이 시스템이 통합됐다고 밝혔다. 또 통합된 시스템이 워터마킹 시스템의 오랜 문제였던 생성 텍스트의 품질, 정확성, 창의성 또는 속도를 손상시키지 않는다고 주장했다. 구글은 세 문장 정도의 짧은 텍스트뿐만 아니라 잘라내거나 의역되거나 수정된 텍스트에서도 작동할 수 있다고 설명했다. 그러나 짧은 텍스트, 다시 작성되거나 번역된 콘텐츠, 심지어 사실에 입각한 질문에 대한 답변에는 판별에 다소의 어려움을 겪는다고 부연했다. 구글은 지난 5월 블로그 게시물에서 "씬스ID는 AI가 생성한 콘텐츠를 식별하기 위한 만병통치약은 아니다"라고 적었다. "그러나 이는 보다 신뢰할 수 있는 AI 식별 도구를 개발하기 위한 중요한 구성 요소이며, 수백만 명의 이용자들이 AI가 생성한 콘텐츠와 상호 작용하는 방식에 대해 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 될 수 있다"고 덧붙였다.
- IT/바이오
2024-10-25
[해설] 2024년 노벨경제학상 왜 중요한가?

올해 노벨경제학상은 사회 제도가 국가의 번영에 미치는 영향을 규명한 세 명의 석학에게 돌아갔다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 14일(현지시간) 다론 아제모을루 그리스 아테네 경제학자, 사이먼 존슨 MIT 교수, 제임스 A. 로빈슨 시카고대 교수를 2024년 노벨경제학상 수상자로 선정했다고 발표했다. 이들이 연구한 주제는 바로 "왜 어떤 나라는 부유하고 어떤 나라는 가난한가?"에 대한 근본적인 질문에 대한 해답을 제시한 것이다. 수상자들은 국가 간의 경제적 격차가 제도라는 요소에 큰 영향을 받는다는 사실을 밝혀냈다. 이들은 제도가 경제적 번영을 어떻게 형성하고, 또 어떤 방식으로 변화할 수 있는지에 대해 실증적인 연구를 수행했다. 이들은 포용적 제도를 도입하면 모든 사람에게 장기적 혜택이 돌아가지만, 착취적 제도에서는 권력을 가진 소수에게만 단기적인 혜택이 집중된다고 주장했다. 특히 정치 체계가 과도한 권력을 행사하면 미래의 경제 혁신을 가로막는 장애물이 될 수 있다고 경고했다. 포용적 경제 제도와 AI 기술 발전의 불균형과 독점 문제 주목 아제모을루 교수와 로빈슨 교수는 이러한 내용을 담은 저서 『국가는 왜 실패하는가』를 통해 국내에도 널리 알려졌다. 이 책에서 저자들은 포용적 경제 제도와 정치적 중앙집권화의 중요성을 역설하며, 국가의 성공과 실패를 가르는 요인을 분석했다. 후속 저서 『좁은 회랑』에서는 국가와 사회 간의 힘의 균형이라는 개념을 제시하며 연구를 한층 발전시켰다. 자유가 뿌리내리고 번영하려면 국가와 사회 모두 강력한 힘을 가져야 하며, 국가의 부재로 인한 혼란과 무질서 사이에 자유로 나아가는 좁은 길이 존재한다는 것이다. 아제모을루 교수는 최근 '인공지능(AI)'과 같은 기술 발전이 초래할 수 있는 불균형과 독점 문제에 주목하고 있다. 아제모을루 교수와 존슨 교수는 공저 『권력과 진보』에서 "기술 발전이 곧 진보"라는 일반적인 생각에 반론을 제기하며, 기술 진보의 혜택이 소수의 기업과 투자자에게만 편중되고 있다고 비판했다. 존슨 교수는 지난해 언론 인터뷰에서 "빅테크 기업, AI 연구자, 정부의 잘못된 결정으로 인해 극단주의, 감시, 조작, 허위 정보가 만연하는 반(反)민주주의적 사회가 도래하고 있다"고 경고했다. 부유한 나라는 왜 더 부유해지고 가난한 나라는 따라잡지 못하는가? 오늘날 세계에서 가장 부유한 상위 20%의 나라는 가장 가난한 하위 20%의 나라보다 약 30배 더 부유하다. 그리고 그 격차는 계속 유지되고 있다. 물론 가난한 나라도 점차 부유해지고 있긴 하지만, 부유한 나라를 따라잡기란 쉽지 않다. 왜 그럴까? 아세모글루, 존슨, 로빈슨의 연구는 이 질문에 대한 답을 제도적 차이에서 찾았다. 단순히 부유한 나라는 제도가 좋고, 가난한 나라는 제도가 나쁘다고 말하는 것이 아니라, 이들이 연구를 통해 식민지 시대에 형성된 제도가 오늘날까지 영향을 미친다는 점을 강조했다. 식민지 시절, 제도의 차이가 오늘날 국가 번영을 결정짓다 유럽인들이 세계 각지에 식민지를 세웠을 때, 그들이 도입한 제도는 각 지역마다 달랐다. 어떤 식민지에서는 착취적 제도가 도입되어 현지 주민의 자원을 빼앗고 이익을 얻는데 집중했다. 반면 다른 지역에서는 포괄적 제도를 도입해 정착민들이 장기적으로 번영할 수 있도록 제도를 설계했다. 이러한 제도의 차이는 식민지의 인구 밀도에 크게 좌우됐다. 예를 들어 인구가 많고 저항이 큰 식민지에서는 유럽 정착민들이 적었고, 그 결과 착취적 제도가 유지됐다. 반면 인구가 적고 저항이 적었던 지역에서는 유럽 정착민들이 많이 이주해 포괄적인 제도를 구축했고, 이것이 장기적인 번영으로 이어졌다. 노갈레스: 하나의 도시, 다른 삶 이 연구의 대표적인 사례로 미국과 멕시코 국경에 있는 도시 '노갈레스(Nogales)'가 자주 언급된다. 이 도시는 한 쪽은 미국 애리조나 주, 다른 한 쪽은 멕시코 소노라 주에 속해 있다. 같은 지리적 위치, 비슷한 역사와 문화를 가졌지만 이 두 지역의 경제적 번영에는 큰 차이가 있다. 미국 쪽 노갈레스에서는 안정된 재산권, 높은 교육 수준, 그리고 정치적 자유가 보장되어 있다. 반면, 멕시코 쪽 노갈레스에서는 부패, 범죄, 그리고 정치적 불안이 경제 발전을 가로막고 있다. 이 차이를 만드는 결정적인 요인은 바로 제도다. 미국의 정치·경제적 시스템은 주민들에게 더 나은 기회를 제공하고, 투자와 노력을 통해 번영을 이끌어 내고 있지만 멕시코 쪽은 그렇지 않다. 착취적 제도의 함정에서 벗어날 수 있는가? 올해 노벨경제학상 수상자들은 착취적 제도가 장기적인 성장을 방해한다는 점을 강조하면서도, 이러한 제도를 개혁할 수 있는 가능성도 제시했다. 특정한 상황에서는 한 나라가 착취적 제도를 벗어나 민주주의와 법치주의를 확립하고, 이를 통해 빈곤에서 벗어날 수 있다는 점을 설명했다. 하지만 이런 변화는 쉽지 않으며, 특히 정치적 엘리트가 권력을 장악하고 있는 경우에는 제도를 개혁하는 것이 더욱 어렵다. 엘리트들은 현재의 경제 시스템에서 이익을 얻고 있기 때문에, 제도를 바꾸려는 시도를 저지할 가능성이 크다. 그러나 수상자들은 평화로운 저항과 대중의 압력이 민주주의로의 전환을 가능하게 할 수 있음을 강조했다. 왜 2024년 노벨경제학상이 중요한가? 올해 노벨경제학상은 단순히 경제적 번영의 원인을 설명하는 데 그치지 않고, 제도가 사회 발전에 미치는 영향을 새롭게 조명했다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 특히 이들은 식민지 시절 도입된 제도가 오늘날까지 어떻게 영향을 미치고 있는지를 구체적으로 입증했으며, 이러한 제도가 어떻게 변화할 수 있는 지 가능성도 제시했다. 이 연구는 경제학뿐만 아니라 정치학, 역사학에서도 중요한 참고 자료가 될 것이며, 앞으로도 많은 연구자들이 이들의 연구를 바탕으로 삼아 더 깊이 있는 연구를 이어갈 것으로 기대된다. 또한 이번 수상은 국가간 경제적 격차를 해소하기 위한 새로운 길을 제시하며, 특히 민주주의와 포괄적인 제도가 경제적 번영에 필수적이라는 메시지를 전달하고 있다. 앞으로도 경제적 발전을 이루기 위해서는 포용적 정치·경제 제도를 구축하는 것이 중요하다는 점을 다시 한 번 일깨워준다.
- 경제
2024-10-15
10월 경기전망, 31개월째 침체 지속…수출은 반등 조짐 속 투자 심리 악화

우리나라 10월 경기 전망 지수가 내수 침체와 고금리 장기화 영향으로 낮게 나타났다. 한국경제인연합회(한경협)가 매출 기준 600대 기업을 대상으로 조사한 10월 기업경기실사지수(BSI) 전망치는 96.2로, 31개월 연속 기준선 100을 밑돌았다. BSI는 100이상이면 경기 호전을, 100 미만이면 경기 악화를 뜻한다. 제조업·비제조업 모두 부진…수출 개선 기대 속 투자 심리 '뚝' 제조업과 비제조업의 BSI 전망치는 각각 96.4와 96.0으로, 3개월 연속 동반 부진했다. 특히 제조업은 7개월 연속 기준선을 하회하며 어려움을 겪고 있다. 비제조업에서는 여가·숙박 및 외식(114.3), 전문과학·기술 및 사업지원서비스(108.3), 전기·가스·수도(105.6) 업종이 호조를 보일 것으로 예상되는 반면, 정보통신(87.5)을 포함한 4개 업종은 부진이 전망된다. 10월 조사 부문별 BSI는 수출(98.1), 내수(95.4), 채산성(95.9), 고용(95.6), 투자(90.2) 등 모든 부문에서 기준선을 밑돌았다. 특히 투자는 지난해 4월(88.6) 이후 18개월 만에 최저치를 기록하며 기업들의 투자 심리가 크게 위축된 것으로 나타났다. 재고는 103.0으로 기준선을 넘어 재고 과잉에 대한 우려가 커지고 있다. 다만, 수출 BSI는 9월(94.5) 대비 3.6포인트(p) 상승하며 개선될 조짐을 보이고 있다. 한경협 "대내외 불확실성 확대⋯내수 진작·투자 활성화 정책 필요" 한경협은 기업 기업·가계 대출 연체율 증가, 지정학적 분쟁 장기화, 미국 대선 등 대내외 불확실성이 커지면서 내수와 투자 부진이 지속되고 있다고 진단했다. 이상호 한경협 경제산업본부장은 "소비 위축 등 길어지는 내수 침체로 4분기 경기 회복이 불투명한 상황"이라고 전망했다. 그러면서 "금리 안정화와 함께 기업 투자를 저해하는 규제를 완화하는 등 정부의 적극적인 경기 부양책이 필요하다"고 강조했다.
- 경제
2024-09-26
[신소재 신기술(109)] 나노실크 기반 여과 소재, 물속 화학물질과 중금속 제거 효과

화학 물질에 의한 물 오염은 전 세계적으로 빠르게 확산되고 있는 심각한 문제다. 미국 질병통제예방센터(CDC)의 최근 연구에 따르면, 검사를 받은 사람의 98%가 혈류에서 '영원한 화학 물질'이라고 알려진 화합물 계열인 과불화화합물(PFAS)이 검출됐다. 이런 화학 물질과 중금속을 여과하는 효과가 큰 소재가 MIT 연구팀에 의해 개발됐다고 MIT 공식 홈페이지가 발표했다. 게시글에 따르면 연구팀이 개발한 여과 소재는 화학이나 중금속 오염에 대한 자연 기반 솔루션을 제공할 수 있다고 한다. 상수도 필터로의 우선 활용이 예상된다는 기대다. 이 소재는 천연 실크와 셀룰로오스를 기반으로 하고 있으며, 지속성 화학 물질과 중금속을 광범위하게 제거할 수 있다. 나아가 항균 특성도 강해 필터가 오염되는 것을 방지하는 데 도움이 된다. PFAS 화학 물질은 화장품, 식품 포장, 방수 의류 소재, 소방용 거품, 조리도구용 코팅제 등 제품에 광범위하게 사용돼 오염을 일으킨다. 미국에서만 이 화학 물질로 오염된 5만 7000곳이 확인됐다. 미국 환경보호국(EPA)은 PFAS를 1조 분의 7 미만으로 제한하도록 규제하는 새로운 규정을 마련했으며, 이를 준수하기 위한 PFAS 정화에는 연간 15억 달러가 소요될 것으로 추정한다. 연구팀은 "PFAS 및 유사 화합물에 의한 오염은 실질적인 위협으로, 이번에 개발한 솔루션은 이를 효율적, 경제적으로 해결할 수 있다"라며 "연구팀이 단백질과 셀룰로오스 기반의 소재를 개발한 근본적인 이유"라고 설명했다. 이 연구는 우연히 이루어졌다. 초기 여과 소재 기술은 PFAS 제거와 전혀 관련 없는 목적을 위해 개발됐다. 당초에는 낮은 품질의 위조 종자 확산을 막기 위한 라벨링 시스템을 만드는 용도로 만들어졌다. 연구팀은 실온에서 환경친화적인 물 기반 드롭 캐스팅 방법을 통해 실크 단백질을 균일한 나노스케일 결정 또는 나노섬유로 가공하는 방법을 고안했다. 연구팀은 새로운 나노섬유 재료가 오염 물질을 걸러내는 데도 효과적일 것이라고 보았지만, 초기 시도에서는 효과를 보지 못했다. 그런데 여기에 셀룰로오스를 추가함으로써 해법을 찾아냈다. 팀은 얇은 막으로 형성될 수 있는 실크 기반 섬유에 셀룰로오스를 통합한 다음 셀룰로오스의 전하를 조정해 화학 물질과 중금속 오염 물질을 제거하는 데 매우 효과적인 재료를 생산하는 데 성공했다. 실험 결과 셀룰로오스의 전하는 강력한 항균 특성을 나타냈다. 이는 여과 필터의 주요 고장 원인 중 하나가 박테리아와 곰팡이에 의한 오염이라는 점에서 의미있는 발견이었다. 필터의 항균 특성이 오염 문제를 크게 줄일 수 있게 된 것이다. 실험실 테스트에서 이 여과 재료는 현재 사용되는 일반 재료인 활성탄 또는 과립 활성탄보다 물에서 훨씬 더 많은 오염 물질을 추출해 제거했다. 연구팀은 앞으로 원료의 내구성과 가용성을 개선하는 작업을 이어갈 계획이다. 연구에 활용된 실크 단백질은 실크 섬유 산업의 부산물로 이용할 수 있지만, 소재를 물 여과로 확장하면 공급이 부족할 수 있다. 대체 단백질 소재가 더 낮은 비용으로 같은 기능을 수행할 수도 있을 것이라는 기대다. 연구팀은 이 여과 소재가 주방 수도꼭지에 부착하는 필터로 우선 사용될 가능성이 높다고 말했다. 향후에는 거대 상수도 시설에서의 여과 용도로 확장될 것으로 예상했다. 물론 이는 오염 물질을 확실히 걸러준다는 사실이 입증된 후에 가능한 일이다. 연구팀은 이 소재의 큰 장점이 식품 성분이기 때문에 오염이 발생할 가능성은 매우 낮다고 자신했다. 한편 이 연구는 미국 해군연구소, 미국 국립과학재단, 싱가포르-MIT 연구기술연합의 지원을 받았다.
- IT/바이오
2024-09-12
내년 새 아파트 입주 30% 급감, 12년 만에 최저⋯전세난 우려 커져

내년에 완공되는 신규 아파트 물량이 12년 만에 최저 수준으로 예측된다. 13일 부동산R114 자료에 따르면 2025년 전국에서 새로 지어진 아파트 총 24만8713가구(공공·민간·임대 아파트 포함)가 입주할 예정이다. 이는 올해(35만5000가구) 대비 30.1% 감소한 수치로, 2013년(19만9400가구) 이후 가장 적은 입주 물량이다. 광역시·도별로 살펴보면 대구(-58.8%). 세종(-55.7%), 광주(-51.8%) 등은 내년 입주 물량이 올해보다 50% 이상 줄어들 것으로 예상됐다. 경기(-41.8%)와 부산(-39.8%), 충남(-38.9%) 등도 40% 가까이 감소할 전망이다. 서울에서는 올해보다 4.3% 증가한 2만5710가구가 입주할 것으로 보인다. 부동산 시장 분석 업체 부동산인포는 "고물가, 고금리 지속으로 주택 건설이 위출되면서 당분간 신규 아파트 공급 증가는 어려울 것"으로 내다봤다. 통계청 자료에 따르면 지난해 전국 주거용 건축물의 건축 허가 면적은 4474만6000㎡로 2022년 대비 30.6% 감소했다. 부동산인포 권일 리서치팀장은 "입주 물량 감소는 전셋값 상승을 부추겨 매매가까지 끌어올릴 수 있다"며 "신축 아파트의 희소성이 높아지면서 가격 경쟁력은 더욱 강화될 것"이라고 전망했다.
- 산업
2024-08-13
[우주의 속삭임(40)] 달 대기 생성의 비밀, 마침내 풀렸다

달은 우주의 진공에 노출되어 있다. 그래도 달은 실제로 가스로 덮여 있다. 층이 얇고 미약하지만, 외기권이라고 불리는 일종의 대기로 간주될 만큼은 충분하다. 달이 어떻게 가스 대기권을 유지하는지는 수수께끼였다. 지구의 자기장은 대기에 제한적이지만 어느 정도 영향을 미친다. 그러나 달에는 그러한 자기장이 없다. 따라서 달의 외기권은 이미 오래 전 태양 활동으로 인해 없어졌어야 했다. 그런 점에서 달의 외기권에서 가스가 없어지는 만큼 끊임없이 보충되고 있다는 것은 분명하다. 이에 대한 연구가 계속돼 온 가운데, 이번에 메사추세츠 공과대학(MIT) 연구팀이 달 대기권에서의 가스 보충의 비밀을 풀어냈다고 사이언스얼라트가 전했다. 연구 결과에 따르면, 먼지 입자보다 더 작은 미세 유성이 끊임없이 달 표면에 부딪히고, 이를 통해 달에서 먼지를 일으켜 증발시키며, 달 주변 공간으로 원자를 방출해 대기를 유지한다는 것이다. 연구팀원인 MIT의 지구화학자 니콜 니 박사는 "미세 운석의 달 충돌과 이로 인한 증발이 달 대기를 만드는 주요 과정이라는 확실한 답을 얻었다"고 말했다. 달의 나이는 대략 45억 년으로 추정되며, 그동안 달 표면은 운석의 지속적 충돌이 이어졌는데, 결국 얇은 대기가 달 전체에 걸쳐 작은 충돌로 인해 지속적으로 보충돼 결국 안정 상태에 도달했다는 것이다. 미세 운석의 달 충돌은 태양풍으로 운반된 하전 입자에 의한 것이다. 달의 대기는 매우 분산돼 있기 때문에 연구하기 어렵다. 아폴로 임무에서 남긴 달 탐지기가 달에서 다양한 원자 성분을 감지했기 때문에 대기권을 대략 파악하고는 있었지만, 천문학자들은 지금까지 그것이 정확히 어떻게 만들어지고 유지됐는지 알아내는 데 어려움을 겪었다. 연구팀은 달 외기권의 생성과 유지의 근원과 미세 운석의 역할 등을 구체적으로 규명하기 위해 새로운 분석을 수행했다. 팀은 2013~2014년 사이 7개월 동안 운영된 궤도선인 달 대기 및 먼지 환경 탐사선(LADEE: Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer)의 데이터를 분석했다. 분석 결과 운석이 대량으로 충돌하는 동안에는 대기에 더 많은 원자가 존재했다. 즉, 미세 운석의 충격이 영향을 미쳤던 것이다. 동시에 일식과 같이 달이 태양의 영향에서 벗어날 때 대기 중 원자에도 변화가 발생했다. 이는 태양 역시 영향을 미친다는 것을 의미한다. 연구팀은 나아가 아폴로 프로그램 동안 수집한 실제 달 먼지 샘플도 조사했다. 그 결과 달에서 발견되는 것으로 알려진 칼륨과 루비듐이라는 두 가지 원소를 찾았는데, 이들 두 원소 모두 매우 쉽게 기화되어 증발하는 성질을 가지고 있다. 태양 입자나 미세 유성체가 달 표면에 부딪히면 루비듐과 칼륨은 증발한다. 다만 이들은 더 무겁기 때문에 빠르게 달 표면으로 떨어진다. 팀은 달 먼지를 미세한 가루로 분쇄하고 질량 분석기를 사용해 분석했다. 결과 두 가지 과정 모두 달 외기권을 생성하는 데 역할을 한다는 것을 발견했다. 다만 미세 유성체의 충돌 기여도가 태양풍에 비해 두 배 이상이었다. 충격 증발의 경우 대부분의 원자는 달 대기에 머무르지만, 태양풍에 의해 퍼지는 원자는 대부분 우주로 방출됐다. 연구를 통해 비로소 두 과정의 역할을 정량화할 수 있게 되었다는 평가다. 운석 충격 증발과 태양풍 이온의 달 대기권 유지에 대한 상대적 기여도는 약 70대 30 또는 그 이상이라고 말할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
- IT/바이오
2024-08-07
[신소재 신기술(86)] MIT, 전자 산업 혁신 이끌 초박형 강유전체 트랜지스터 개발

나노초 단위로 양극 및 음극 전하를 전환할 수 있는 혁신적인 초박형 트랜지스터가 개발됐다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구팀은 2021년 개발한 강유전체 물질을 사용해 나노초 속도로 스위칭하는 트랜지스터 만들었다고 IT 전문 매체 톰스 하드웨어와 테크 익스플로어 등 다수 외신이 보도했다. 강유전체 물질은 외부 전기장 없이도 스스로 양극(+) 과 음극(-)으로 나뉘어 전기적 분극을 갖는 특별한 물질이다. 외부 전기장을 가하면 분극 영향이 바뀌는 특징이 있으며 이러한 특징을 활용해 정보 저장, 센서, 엑추에이터 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 2021년 MIT 물리학자들이 개발한 새로운 초박형 강유전체는 양극 및 음극 전하가 서로 다른 층으로 분리되는 획기적인 특징을 가지고 있어 컴퓨터 메모리 분야 등 다양한 홯용 가능성이 제시된 바 있다. 최근 동일 연구팀은 해당 소재를 활용해 초박형 트랜지스터를 제작하고, 기존 전자기기 산업을 변화시킬 수 있는 혁신적인 특성을 입증했다. MIT 연구팀은 강유전체 소재 트랜지스터가 전자공학에 혁명을 일으킬 수 있다고 말했다. 연구팀은 실험실에서 단일 트랜지스터를 기반으로 연구를 진행했지만, 해당 트랜지스터가 현재 생산되는 강유전체 트랜지스터의 산업 표준을 여러 측면에서 충족하거나 능가하는 것으로 나타났다고 밝혔다. 연구를 주도한 파블로 자릴로-헤레러 MIT 물리학 교수는 "이번 연구는 기초 과학이 응용 분야에 매우 중대한 영향을 미칠 수 있는 극적인 사례 중 하나"라고 강조했다. 새로운 트랜지스터는 1나노초(10억분의 1초) 단위로 양극 및 음극 전하를 전환할 수 있을 정도로 매우 빠른 속도를 자랑하며, 1000억회 이상 스위칭 후에도 성능 저하 없이 작동할만큼 내구성이 뛰어나다. 또한 10억분의 1미터 두께로 세계에서 가장 얇은 소재 중 하나다. 이는 컴퓨터 메모리 용량을 크게 늘리고 에너지 효율성을 향상 시킬 수 있음을 시사한다. 현재 트랜지스터 기술은 수백나노초 단위로 상태를 전환한다. 연구팀은 붕소 질화물(BN) 원자층을 평행으로 쌓아 새로운 강유전체를 개발했다. 외부 전기장을 가하면 층이 미세하게 이동하며 붕소 및 질소 원자의 위치가 바뀌고, 이러한 슬라이딩 현상을 통해 전자기적 특성이 급격하게 변화한다. 개발된 새로운 트랜지스터는 기존 플래시 메모리와 달리 반복적 쓰기 및 삭제 과정에서도 성능 저하가 없다는 점에서 혁신적이다. 연구팀은 앞으로 대량 생산 기술 개발 등 해결해야 할 과제가 남아 있지만, 이번 연구 결과가 미래 전자기기 산업에 폭 넓게 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 연구 결과는 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-07-30
구글 딥마인드 AI 시스템, 수학 올림피아드 은메달 수준 달성

AI 모델은 에세이를 비롯한 다양한 유형의 텍스트를 쉽게 생성할 수 있지만 논리적 추론을 포함한 수학 문제를 해결하는 데는 그다지 능숙하지 않다. 그러나 AI 모델이 그 벽을 넘어서기 시작했다고 MIT테크놀로지리뷰가 전했다. 구글 딥마인드(Google DeepMind)가 고급 추론을 포함하는 복잡한 수학 문제를 해결하기 위해 훈련한 두 개의 AI 시스템 알파프루프(AlphaProof)와 알파지오메트리2(AlphaGeometry2) 연합 팀이 올해의 국제 수학 올림피아드(IMO)에서 6개 문제 중 4개를 푸는 데 성공했다. IMO는 고등학생을 위한 권위 있는 대회로, 이들의 셩과는 은메달에 해당한다. AI 시스템이 수학 문제를 해결하는 데에서 이렇게 높은 성공률을 달성한 것은 처음이다. 이 프로젝트에 참여한 구글 딥마인드의 푸시미트 콜리 부사장은 "이는 머신러닝과 AI 분야에서 큰 진전이다. 지금까지 이 정도의 성공률로 문제를 해결할 수 있는 시스템은 개발되지 않았다"라고 말했다. AI 시스템이 고급 추론을 포함하는 수학 문제를 풀기 어려운 이유가 몇 가지 있다. 이런 유형의 문제는 종종 추상이 필요하고 이를 활용해야 한다. 또 복잡한 계층적 계획과 하위 목표 설정, 역추적, 새로운 경로 시도가 필요하다. 이 모든 것이 AI에게는 어려운 일이다. 온라인에 공식 수학 데이터가 적기 때문에 수학 모델을 훈련하는 것도 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 구글 딥마인드는 수학적 진술을 증명하도록 스스로 훈련하는 강화 학습 기반 시스템 알파프루프를 개발했다. 시스템의 핵심은 자연스럽고 비공식적인 언어로 표현된 수학 문제를 AI가 처리하기 쉬운 공식 표현으로 자동 번역하도록 조정된 제미니(Gemini) AI 버전이다. 이를 통해 다양한 난이도의 공식 수학 문제 라이브러리가 대량으로 생성되었다. 에든버러 대학교의 웬다 리 AI 담당 교수는 “수학 데이터를 공식 언어로 번역하는 프로세스를 자동화하는 것은 수학계의 큰 진전”이라고 평가했다. 제미니 모델은 구글 딥마인드가 바둑이나 체스와 같은 게임을 훈련시킨 강화 학습 모델 알파지로(AlphaZero)와 함께 작동해 수백만 개의 수학 문제를 증명하거나 반증한다. 성공적으로 해결한 문제가 많아질 수록 알파프루프는 더욱 복잡한 문제를 능숙하게 해결할 수 있게 된다. 올해 기능을 개선해 발표한 알파지오메트리2는 각도, 비율, 거리를 포함하는 물체의 움직임과 방정식과 관련된 문제를 해결하도록 최적화되었다. 이전 모델보다 훨씬 더 많은 합성 데이터로 훈련되었기 때문에 더욱 어려운 기하학 문제를 처리할 수 있었다. 올해 IMO에서 부여된 6가지 문제를 두 시스템에 과제로 부여한 결과 알파프루프는 대수 문제 2개와 수론 문제 1개를 풀었다. 그중 하나는 대단히 어렵다고 평가된 문제였다. 알파지오메트리2는 기하 문제를 성공적으로 풀었지만, 조합론에서 출제된 2개의 문제는 풀지 못했다. 알파프루프 팀의 엔지니어인 알렉스 데이비스는 알파프루프의 경우 조합론보다는 대수와 수론에서 더 나은 성과를 보였다고 설명했다. 그리고 그 이유를 분석하고 있으며, 이를 통해 시스템을 개선할 수 있을 것이라고 밝혔다. 두 명의 수학자가 답안지를 검토했으며, 4개의 정답에 각각 만점(7점)을 주었고 42점 만점 중 28점을 받았다. 같은 점수를 받은 IMO 참가자는 은메달을 받았다. 채점을 담당했던 고워스는 "수학자로서 매우 인상적이었다. 시스템의 능력이 상당히 도약한 것 같다"라고 말했다. 다른 채점자 마이어스 역시 수학 부문에서 AI가 이전에 달성할 수 있었던 것보다 상당히 발전했다는 데 동의했다. 인간이 아직 모르는 복잡하고 어려운 수학 문제를 해결할 수 있는 AI 시스템에 대한 기대감도 높이고 있다. 인간-AI 협업의 길을 열어 수학 발전에 기여할 수 있을 것이라는 기대다.
- IT/바이오
2024-07-29
구글, AI 날씨 및 기후 모델 정확도 향상

구글이 주축이 된 연구팀이 개발한 AI(인공지능) 적용 날씨 및 기후 예측 모델이 기존의 물리학 기반 기후 모델과 융합함으로써 중장기 기상 예측 정확도를 대폭 향상시켰다고 악시오스가 보도했다. 분석 결과 보고서는 '네이처' 저널에 발표됐다. 발표에 따르면 구글 리서치와 구글 딥마인드, MIT, 하버드 대학교 및 유럽 일기예보 센터 연구팀이 협력해 개발한 기계 학습과 신경망을 사용하는 기후 모델 '뉴럴GCM(NeuralGCM)'이 현재 사용되는 모델 및 1~10일의 중단기 일기 예보에 대한 다른 기계 학습 기반 모델보다 더 정확한 것으로 나타났다. 또한 수십 년에 걸쳐 장기적인 기후 조건을 예측하는 데서도 탁월한 기술임을 입증했다. 이 발전은 AI 기반 기상 및 기후 예측 분야가 얼마나 빠르게 발전하고 있는지를 보여준다는 지적이다. AI 모델은 기존 컴퓨터 분석 모델에 비해 엄청난 컴퓨팅 성능과 시기적인 적절성을 제공한다는 것이다. 개발에 참여한 구글 리서치의 스티픈 호이어 박사는 "새로운 AI 기반 기후 모델은 오픈소스이며, 노트북에서 상대적으로 빠르게 실행되도록 설계됐다"고 밝혔다. 그러나 전통적인 기상 예측 모델은 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터를 사용하는데, 그럼에도 불구하고 대기와 해양의 작동에 대한 물리적 법칙을 설명하는 수만 줄의 코드를 처리하는 데 몇 시간이 걸린다. 개발된 AI 모델은 수십년 동안의 과거 날씨 데이터를 기계 학습으로 훈련했다. 대규모 날씨 패턴을 설명하는 물리 방정식을 사용했으며, 본질적으로 글로벌 순환 모델과 물리 집약적 접근 방식, AI 기반 작업을 결합하고 있다. 오클라호마 대학의 아론 힐 기상학 교수는 "새 기후 모델의 가장 큰 참신함 중 하나는 기후 예측에서 사용하는 대규모 물리학을 그대로 유지하면서 모델링을 AI로 대체한 방법"이라고 설명했다. 엔비디아나 마이크로소프트 등 다른 회사가 만든 AI 기후 예측 모델은 전통 물리학을 완전히 배제하고 있다는 것이다. 힐은 AI와 기계 학습 기술이 기상 및 기후 연구에서 빠르게 뿌리내리고 있다고 부연했다. 그러나 AI 예측 모델은 여전히 NOAA(국립해양대기청) 등 국제적인 기관에서 운영하지 않고 있다. 이는 기상 예측 전문가들이 AI 기반 예측 시스템에 대해 아직 온전히 신뢰하지 못하기 때문이다. 현재는 AI 예측 결과의 정확도를 확인하는 단계에 있다. 호이어는 "공공 기후 예측 관련 기관의 시스템이 빠르게 발전하고 AI 기후 모델 채택 가능성을 보여주고는 있지만, 아직 전통적인 날씨 및 기후 모델을 대체하지는 못하고 있다"면서도 "AI 기후 예측 시스템에 더 적극적인 투자가 이루어져야 한다"고 강조했다. 호이어는 최근의 연구에 대해 "날씨와 기후 시뮬레이션 엔진에 AI를 사용할 수 있다는 사실 자체는 현장의 많은 사람들에게 확인됐다"며 기후 예측에 AI가 깊이 개입할 시점이 다가오고 있다고 전망했다.
- IT/바이오
2024-07-25
[먹을까? 말까?(38)] 우주 식량, 맛없는 이유는 외로움 때문?

우주라는 고립된 환경에서 오는 외로움이 우주 비행사들의 식사 만족도에도 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 호주의 로열멜버른공과대학(RMIT)의 연구팀은 우주 비행사들이 우주 식량을 즐기지 못하는 이유가 음식 향과 관련이 있을 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 우주에서는 장기 보관을 위해 동결 건조 또는 탈수 처리된 인스턴트 식품 위주로 섭취하는데, 이는 우주 비행사들이 영양 섭취 부족 문제와 연결되어 왔다. RMIT 연구팀은 이번 연구를 통해 우주 환경 자체가 음식 향에 대한 인식을 변화시킬 수 있으며, 외로움과 고립감 역시 식사 만족도에 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제시했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 수석연구원인 줄리아 로우는 "외로움과 고립감도 영향을 미칠 수 있으며, 이번 연구는 고립된 사람들이 음식 냄새를 맡고 맛보는 방식에 관한 시사점이 있다"고 말했다. 후각은 미각의 큰 부분을 차지한다는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 이에 연구팀은 54명의 참가자를 대상으로 VR을 이용해 국제우주정거장(ISS)환경을 시뮬레이션하고, 바닐라, 아몬드, 레몬 향에 대한 인식 변화를 관찰했다. 그 결과, 시뮬레이션된 우주정거장 환경에서 바닐라와 아몬드 향은 더 강하게 느껴졌지만, 레몬 향은 변화가 없었다. 연구팀은 이러한 현상의 원인으로 벤즈알데히드라는 화학 물질과 개인별 향 민감도 차이를 제시했다. 연구팀은 무중력 상태에서 체액이 상체로 이동하면서 발생하는 코막힘 등의 현상도 우주인의 미각과 후각을 둔하게 만들 수 있다고 설명했다. 중력이 부족하면 체액이 하체에서 상체로 끌려간다. 이로 인해 얼굴 붓기와 코막힘 현상 등이 나타난다. 이는 심한 감기에 걸린 것과 비슷하다. 그러나 이러한 체액 이동 효과는 일시적인 것이며, 우주정거장에 머무르는 동안 몇주 이내에 사라진다. 로우는 보도자료에서 "우주인들이 체액 이동 효과가 사라진 후에도 여전히 음식을 즐기지 못하는 데. 이는 다른 더 큰 이유가 있을 수 있음을 시사한다"고 밝혔다. 한편, 우주 식량은 모든 사람들이 먹을 수 있는 일반적인 음식은 아니다. 또한 우주 식량은 단순한 식사를 넘어 우주 탐사의 성공과 우주인의 건강을 책임지는 핵심요소라고 할 수 있다. 우주 식량은 탄수화물, 단백질, 지방, 비타민, 무기질 등 필수 영양소를 골고루 함유해 균형잡힌 식단을 제공한다. 극한의 우주 환경을 극복하기 위해 특별히 개발된 우주 식량은 뛰어난 보존성과 간편 요리 등의 특징을 지니고 있다. 냉장 시설이 부족한 우주에서는 장기간 보관이 필수다. 우주 식량은 동결 건조, 탈수, 레토르트 살균 등 첨단 기술을 통해 부패 걱정 없이 오랫동안 신선함을 유지한다. 아울러 우주선은 공간이 한정적이기 때문에 우주 식량은 부피와 무게를 최소화해 효율적인 운반과 보관을 가능하게 한다. 또 우주에서는 조리 환경이 열악하고 무중력 상태에서는 조리하기가 어렵다. 그 때문에 우주 식량은 뜨거운 물이나 차가운 물, 전자레인지만으로도 간편하게 조리할 수 있도록 설계됐다. 우주 식량 개발 과정에서 얻은 기술은 식품 가공, 포장, 보존 기술 발전에 기여해 일반인의 식탁에도 긍정적인 영향을 미치고 있다. 이번 연구는 장기 우주 임무를 수행하는 우주 비행사들을 위한 맞춤형 식단 뿐만 아니라 요양원 등 고립된 환경에 있는 사람들의 식단 개선에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 로우는 "이 연구의 장기적인 목표 중 하나는 우주비행사뿐만 아니라 고립된 환경에 있는 다른 사람들에게 더 나은 맞춤형 식품을 만들어 영양 섭취량을 100%에 가깝게 늘리는 것"이라고 말했다.
- 생활경제
2024-07-17
[기후의 역습(25)] 약한 해양 순환, 대기 중 이산화탄소 축적 증가

기후변화가 진행됨에 따라 해양 역전순환(적도 부근의 따뜻한 바닷물이 북쪽으로 흘러가고, 북쪽의 차가운 물이 하층부로 내려가 남쪽으로 흐르는 해류 순환) 흐름이 크게 약화될 것으로 예상된다. 그런 가운데, 해류가 약화되면 바다가 대기에서 이산화탄소를 흡수하는 양이 줄어들고, 결국 대기에 축적되는 이산화탄소가 증가할 것이라는 연구 결과가 나왔다고 PHYS가 전했다. 네이처 커뮤니케이션에 발표된 MIT의 새로운 연구에 따르면, 해류가 약해짐에 따라 심해에서 대기로 방출되는 탄소가 더 많아질 것이며, 따라서 해양 순환과 바다의 장기적인 탄소 저장 능력 사이의 관계가 재정립되어야 할 것으로 보인다. 그 이유는 바다의 철분, 용승하는 탄소와 영양분, 표면 미생물 등의 작용 때문이다. 해류가 종전보다 느리게 순환하면 이들은 궁극적으로 바다가 대기로 다시 배출하는 이산화탄소의 양을 증가시키는 작용을 하게 된다는 것이다. MIT 연구팀을 이끈 조나단 로더데일 박사는 ”기후에 영향을 미치는 해양 순환과 대기 탄소 수준 사이의 관계를 볼 때 미래의 바다가 심해에 탄소를 충분히 저장할 것이라고 기대할 수 없다. 기후 변화 완화를 위해 자연적인 정화에 의존하기보다 탄소 배출을 줄이는 데 더 공격적으로 나서야 한다"라고 밝혔다. 로더데일 연구팀은 해양 영양분, 해양 유기체, 철분을 분석, 이들의 상호 작용이 전 세계 식물성 플랑크톤의 성장에 어떻게 영향을 미치는지를 분석했다. 바다의 식물성 플랑크톤은 해양 표면에 서식하며, 심해에서 용승하는 탄소와 영양분과 철분을 섭취하는 미세한 유기체다. 식물성 플랑크톤이 많을수록 광합성을 통해 대기에서 더 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있다. 특히 이는 바다의 탄소 격리에 큰 역할을 한다. 연구팀은 여러 지역 해양의 조건에 맞춰 이를 상자로 구성한 ‘상자 모델’을 개발했다. 각 상자에는 지역별 해양 상황과 유사한 영양분, 철 및 리간드(식물성 플랑크톤의 부산물로 여겨지는 유기 분자)가 담겼다. 팀은 또한 바다의 더 큰 해류 순환을 나타낼 수 있도록 상자 사이에 해류의 순환을 모델링했다. 해류 역전순환을 상자 모델에서 그대로 재현한 것이다. 모델을 바탕으로 실험한 결과 팀은 바다에 철분이 과도해도 남는 철분이 식물성 플랑크톤 성장에는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 밝혔다. 철분은 바다에 용해되지 않으므로 그 자체로는 식물성 플랑크톤이 사용할 수 없었다. 철분은 플랑크톤이 소비할 수 있는 형태로 리간드와 연결될 때 "유용한" 수준에서만 용해됐다. 리간드의 존재가 해양의 이산화탄소 농도를 좌우하는 가장 큰 변수였다. 팀은 상자 모델을 확장해 태평양, 북대서양 등 보다 다양한 환경으로 넓혔고, 다양한 해양 순환의 효과를 포함해 모델 내의 다른 상호 작용도 실험했다. 팀은 다양한 해류 강도에서 플랑크톤 등의 생물 활동과 함께 탄소, 영양소, 철 및 리간드 농도를 분석하고 다양한 시나리오를 비교 분석했다. 실험 결과는 새로운 결과를 보여주었다. 바다의 순환, 즉 해류가 약해질수록 바다가 깊은 곳에서 끌어오는 탄소와 영양분의 양이 적어졌다. 그러면 표면의 모든 식물성 플랑크톤은 자양분이 부족해지고, 그 결과 플랑크톤이 생성하는 리간드 등 부산물도 감소한다. 사용 가능한 리간드가 줄어들면 식물성 플랑크톤은 해수 표면의 철분을 덜 사용하게 돼 개체수가 더욱 감소한다. 대기에서 이산화탄소를 흡수하고 심해에서 용승된 탄소를 소비하는 식물성 플랑크톤이 크게 줄어들 수밖에 없다. 결국 해양 순환이 약해질수록 대기 중에 더 많은 이산화탄소가 축적된다고 보고서는 밝혔다. 해양의 순환은 기후 변화로 인해 크게 약화될 것이라는 우려다. 일부 기후 모델에 따르면, 특히 남극 주변의 빙상이 급속도로 녹아 내리고 있으며, 이로 인해 해양 순환이 30% 둔화될 것으로 예측한다. 이로 인해 해양이 대기에서 흡수하는 이산화탄소가 크게 줄 뿐만 아니라 심해의 이산화탄소 방출을 일으킬 수 있다는 지적이다. 지구 온난화가 증폭된다는 의미다.
- 포커스온
2024-07-10
[먹을까? 말까?(33)] 아기 당근 주 3회 섭취, 피부 카로티노이드 수치 증가 확인

아기 당근(baby carrot)을 주 3회 간식으로 섭취하는 것만으로도 젊은 성인의 피부 카로티노이드 수치를 유의미하게 증가시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 베타카로틴이 함유된 종합 비타민과 함께 섭취할 경우 그 효과는 더욱 증대되는 것으로 나타났다. 폭스뉴스는 '뉴트리션(Nutrition) 2024' 컨퍼런스에서 발표된 새로운 연구를 인용해 아기 당근을 일주일에 세 번만 간식으로 먹어도 젊은 성인의 피부 카로티노이드가 증가했다며 4일(현지시간) 이같이 보도했다. 이전 연구에서도 하루 권장량의 3배에 해당하는 과일과 채소를 3주 동안 섭취하면 피부 카로티노이드 수치가 증가하는 것으로 밝혀졌지만, 이번 연구는 아기 당근 섭취라는 비교적 간단한 식습관 변화만으로도 피부 카로티노이드 축적을 크게 증가시킬 수 있음을 시사한다. 카로티노이드는 또한 피부를 자외선으로부터 보호해준다. 카로티노이드는 과일과 채소의 밝은 빨간색, 주황색, 노랑색을 담당하는 성분으로 식단을 통해서만 섭취할 수 있다. 따라서 피부 카로티노이드 수치는 과일 및 채소 섭취량을 나타내는 유용한 지표로 활용될 수 있다. 연구 결과에 따르면, 높은 피부 카로티노이드 수치는 항산화 보호 증가, 심장 질환 및 특정 암과 같은 만성 질환 위험을 감소시키는 효과가 있다. 그리고 피부건강과 면역 기능 향상과도 관련이 있다. 중간 크기의 당근은 약 25칼로리가 들어 있으며 약 2g의 섬유질이 포함됐다. 이번 연구는 60명의 젊은 성인을 무작위로 그룹에 배정해 4주 동안 각기 다른 식단을 제공하는 방식으로 진행됐다. 대조군은 녹색 사과 품종인 그래니 스미스(Granny Smith) 사과 조각을, 실험군은 100g(약 반컵)의 아기 당근과 베타카로틴이 함유된 종합비타민, 또는 아기 당근과 종합비타민을 함께 섭취했다. 연구진은 연구 전후에 비침습적 분광 기기인 배지미터(VeggieMeter)를 사용해 참가자들의 피부 카로티노이드 수치를 측정했다. 그 결과 아기 당근을 섭취한 그룹은 피부 카로티노이드 수치가 연구 전에 비해 10.8% 증가했으며, 베이비 당근과 종합비타민을 함께 섭취한 그룹은 21.6% 증가했다. 반면 대조군과 종합비타민만 섭취한 그룹에서는 유의미한 변화가 관찰되지 않았다. 이는 아기 당근 섭취가 피부 카로티노이드에 직접적인 영향을 미치며, 베타카로틴과 함께 섭취할 경우 그 효과가 강화될 수 있음을 시사한다. 하지만 연구진은 카로티노이드 흡수율은 식품 섭취와 보충제 섭취 간에 차이가 있을 수 있다는 점을 지적하며, 추가 연구의 필요성을 강조했다. 한편, 당근은 전반적으로 건강한 간식이지만 다른 야채에 비해 당분 함량이 높아 대량으로 섭취할 경우 혈당 수치에 영향을 미칠 수 있기 때문에 당뇨병 환자들은 주의해야 한다.
- 생활경제
2024-07-05
[신소재 신기술(68)] MIT 생체공학 다리, 신경계 직접 연결로 생체 모방 보행 가능

미국 메사추세츠 공과대학교(MIT) 연구팀은 두뇌의 신경계와 완전히 연결된 새로운 생체공학적 인공다리(의족)를 개발해, 절단 환자들에게 자연스러운 보행 능력을 회복하는 데 성공했다고 발표했다. 해당 연구에 대해서 CNN과 네이처닷컴 등 다수 외신이 1일(현지시간) 보도했다. 이번 연구는 절단 환자들의 삶을 획기적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 지닌 것으로 평가받고 있다. 연구에 참여한 절단 환자들은 기존의 인공다리 사용보다 보행 속도가 월등하게 향상되었으며, 일반인들의 보행과 비슷한 수준으로 걸을 수 있었다. 테스트에 참여한 매사추세추 출신의 47세인 남성은 "다리가 절단된 것 같지 않았다"며 "제 인생에 가장 행복한 순간이었다"고 말했다. 이 연구의 책임 연구원이자 수석 저자인 MIT의 양 바이오닉스 센터의 공동 책임자 휴 허(Huge Herr) 박사는 "이 의족은 인간의 신경계에 의해 완전히 제어되어 자연스러운 보행 속도와 보행 패턴을 보여주는 최초의 생체공학 다리"라고 설명했다. 허 박사는 "마치 팔다리가 살과 뼈로 만들어진 것처럼 자연스럽게 느껴진다. 뇌가 정상적인 감각을 느끼기 때문에 중뇌가 사지가 절단된 사실을 인지하지 못하는 것 같다"고 말했다. 최근 인공다리는 기능적 측면에서 상당한 발전을 이루고 있지만, 여전히 자연스러운 보행을 제공하는 데는 한계가 있었다. 기존 인공 다리는 센서와 알고리즘을 사용하여 움직임을 제어하지만 신경계와의 직접적인 연결이 부족해 불편함과 불안정성을 유발할 수 있다. MIT 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 신경계와 연결된 생체공학적 인공다리를 개발했다. 이 인공다리는 절단된 근육과 뇌 사이의 신호 전달을 유지하는 새로운 근육 연결 기법인 'AMI(agonist-antagonist myoneural interface, 길항근 근신경 인터스페이스)'를 사용해 절단 수술을 실시했다. 이후 절단 부위와 인공 다리 사이에 센서를 장착해 뇌로부터 오는 전기 신호를 전달하는 방식으로 의족이 자신의 위치와 움직임을 인식하고 이 정보를 다시 환저에게 보내 '몸의 위치 감각(proprioception)'을 가능하게 했다. 허 박사는 보철물이 인간의 신경계 보다는 로봇 알고리즘에 의해 제어되는 추세를 관찰한 후 이 프로젝트에 착수했다. 신경보철물은 제건된 절단 부위와 생체 다리 사이에 배치된 센서를 사용해 뇌에서 전기 신호를 전송한다. 이를 통해 보철물이 위치와 움직임을 감지하고 이 정보를 환자에게 다시 보내어 고유한 감각을 느낄 수 있다. 고유 감각은 뇌가 공간에서 자기 움직임과 위치를 감지하는 능력이다. 허 박사는 "우리는 인간의 몸을 제건하고 싶다"며 "우리는 재건하고 사람들이 원하는 것을 둘려주고 싶다. 우리는 그저 점점 더 호화로운 로봇 도구나 장치를 만들고 싶지 않다"고 말했다. 연구팀은 인터스페이스를 테스트 하기 위해 14명의 참가자를 두 그룹으로 나누어 생체의료용 의족을 착용하게 했다. 7명은 AMI 수술을 받았고, 7명은 수술을 받지 않았다. 연구 결과에 따르면 AMI 절단 수술을 받은 사람들은 경사로, 계단, 방해가 되는 경사로 등 다양한 난코스를 포함한 실제 환경을 더 잘 탐색하는 것으로 나타났다. 연구팀은 AMI 수술과 신경 제어 인공다리를 사용한 7명의 절단 환자를 대상으로 연구를 진행했다. 연구 결과 참가자들의 보행 속도는 기존 인공 다리를 사용할 때보다 41% 향상되었으며, 절단을 겪지 않은 일반 사람들의 보행 능력과 유사한 수준에 도달했다. 연구 결과는 지난 1일 학술지 '네이처 메디신(Nature Medicine)'에 게재됐으며, 특수 절단 수술(AMI)과 신경 제어 인공 다리를 사용한 참가자들의 보행 속도가 향상되었음을 보여줬다. 연구팀은 인공 다리 제어에 실제 몸의 위치 감각의 18%만 사용되었을 가능성이 있다고 밝혀 향후 더 큰 기능을 발휘할 수 있음을 시사했다. 이번 연구는 신경계를 이용해 자연스러운 보행 속도와 걸음걸이 패턴을 보여준 최초의 사례라는 점에서 큰 의의를 지닌다. 또한 AMI 수술과 신경 제어 바이오닉 다리가 절단 환자들의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있다는 가능성을 제시했다. 책임 연구원인 휴 허 박사는 절단 환자가 인공 다리를 착용하는 데 따른 불편감을 최소화하기 위해 다양한 속도에 맞게 조절이 가능하다고 강조했다. 휴 허 박사는 인공 다리 분야의 선구적인 연구로 유명한 인물이다. 그는 1982년 등반 사고로 양쪽 다리를 절단한 후 인공 다리 기술 개발에 헌신하며 절단 환자들의 삶의 질을 개선하는 데 앞장서고 있다. 허 박사는 인공 다리가 단순히 걷는 기능을 넘어 자연스럽고 편안한 보행을 가능하게 하는 데 초점을 맞추고 있다. 허 박사에 따르면 AMI 신경 보철물은 일반인에게 제공되지는 않지만, 전 세계에서 약 60명에게 AMI 수술을 시행했다. 한편, 연방 의료 연구 및 품질 기관에서 발표한 2018년 보고서에 따르면 미국인 190만 명이 사지가 절단된 채 살아가고 있다. 이는 알려진 위험 요인인 당뇨병 발병률 증가로 인해 2050년까지 두 배로 증가할 것으로 예상된다. 현재 미국에서 절단 환자의 절반 이상이 인공 다리 처방을 받지 못하고 있으며, 보험 적용 범위 문제 등으로 인해 최신 기술을 갖춘 인공 다리 사용이 어려운 실정이다. MIT 연구팀은 향후 5년 안에 신경 제어 인공 다리를 상용화할 계획으로, 이 기술이 절단 환자들의 사회 복귀에도 도움이 될 것으로 기대하고 있다.
- IT/바이오
2024-07-02
그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견

지자기(지구의 자기장)가 없으면 지구상에 생명체는 존재할 수 없다. 지자기는 유해한 우주(방사)선이나, 태양에서 방사되는 태양풍으로부터 인류를 포함한 생물을 보호하고 있기 때문이다. 그러나 현재까지 지구에서 자기장이 처음 형성된 시기에 대한 신뢰성 높은 연대값은 밝혀지지 않았다. 영국 옥스퍼드대와 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀이 그린란드에서 지구 자기장의 역사를 한층 끌어올리는 명백한 증거를 발견했다고 포브스지가 보도했다. 연구팀은 그린란드 남서부 이스아 지역에 있는 태고의 바위 층을 조사했다. 이스아 바위 층에는 최초의 대륙군 경계를 따라 퇴적된 철을 많이 포함한 퇴적물과 마그마성 암석이 포함되어 있다. 철 입자는 매우 약한 자석으로 기능하며, 결정화 과정에 의해 고정화될 때 자기장의 강도와 방향을 모두 기록할 수 있다. 연구팀 분석 결과 이 암석에 37억 년 전 최소 15µT(마이크로테슬라) 이상의 자기장 강도가 기록돼 있는 것을 발견했다. 이는 현대의 자기장 강도인 30µT와 맞먹는다. 테슬라는 자기장의 세기를 나타내는 단위다. µT는 100만분의 1테슬라로 매우 미약한 자기장인데, 지구 자기장은 사람이 감지하지 못하는 매우 미약한 수준이다. 지구 자기장은 정확히 31.869µT이며 냉장고 모터 자석의 경우 5000µT에 달한다. 연구팀의 이번 분석 결과는 철을 포함한 암석 샘플 전체에서 얻은 가장 오래된 지자기 강도 추정치를 제공하고 있다. 이는 호주에서 채취된 34억~42억 년 전 암석에서 발견된 지르콘 결정만을 토대로 한 과거 연구에 비해 정확하고 신뢰성 있는 분석이라는 평가다. 팀을 이끌었던 옥스퍼드대 지구과학부 클레어 니콜스 교수는 “이렇게 오래된 암석에서 신뢰할 수 있는 기록을 추출하는 것은 매우 어려운 작업이었다. 오랜 시간 샘플을 분석해 자기장 신호가 나타난 것을 확인했다”면서 “이는 지구상에서 태고적 생명체가 처음 탄생할 무렵의 자기장 역할을 해명할 수 있는 중요한 진전”이라고 설명했다. 지자기는 내핵의 완만한 굳어짐에 따른 밀도 변화로 인해 유체의 외핵 속에서 녹은 철이 섞여 발전 작용이 생기면서 발생한다. 지구 형성 초기에는 고체 내핵이 아직 형성되지 않았기 때문에 초기 자기장이 어떻게 유지되었는지에 대해서는 여전히 밝혀지지 않았다. 그런데 이번 연구는 지구 초기의 발전을 구동하던 메커니즘이 현재의 지자기를 발생시키고 있는 고체화 과정과 같았음을 시사하고 있다. 또 이번 연구는 현재 알려진 형태의 지구 대기의 발달에서 지자기의 역할, 특히 가스의 대기 유출에 관한 새로운 정보를 제공할 가능성도 있다. 강한 자기장이 방패가 되어 대기가 태양풍에 의해 훼손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 전하 입자나 원자를 가속해 우주 공간에 방사하는 것도 가능해진다는 것이다. 연구팀은 앞으로 캐나다, 호주, 남아프리카에 있는 다른 태고의 바위 층을 추가 조사함으로써 지구 대기 중 산소가 급증하기 약 25억 년 이전 시대의 지자기에 대해 분석을 진행할 계획이다. 태고의 지자기 강도와 변동성에 관한 이해는 지구 자기장이 지표면에서 생명체가 살아가는 데 필수적인지의 여부와 대기의 진화에서의 역할을 규명하는 핵심이 된다. 지자기의 강도는 비교적 일정하게 유지된 반면, 태양이 젊어 더 활동적이었던 과거에는 태양풍이 지금보다 매우 강력했던 것으로 알려져 있다. 결국 시간이 지나면서 태양풍으로부터 지표를 보호하는 작용이 강화됐으며, 그 결과 생물이 해양에서 벗어나 대륙으로 이동해 오늘날의 생명 생태계가 만들어졌음을 시사한다. 연구 결과는 '지구물리연구저널(Journal of Geophysical Research)'에 발표됐다.
- IT/바이오
2024-06-24
[우주의 속삭임(18)] 토성 최대 위성 타이탄, 바다 파도로 해안선 침식 가능성 확인

토성 궤도를 도는 위성(달) 가운데 가장 큰 타이탄(Titan)은 활동적인 강, 호수 및 바다를 포함하는 태양계의 유일한 행성체이다. 타이탄의 강 시스템은 액체 메탄과 에탄으로 가득 찬 가운데 넓은 호수와 바다로 흘러 들어가며, 일부 호수는 지구의 오대호만큼이나 큰 것으로 추정된다. 타이탄의 넓은 바다와 호수는 지난 2007년 나사(NASA)의 카시니 우주선이 촬영한 이미지를 통해 확인됐다. 그 이후 천문학자들은 달의 신비한 환경에 대한 단서나 증거를 찾기 위해 수집된 이미지를 연구해 왔다. 그런 가운데, MIT 지질학자 연구팀이 타이탄의 해안선에 대한 최신 연구 결과를 발표했다고 PHYS가 전했다. 시뮬레이션을 통해 이루어진 연구는 타이탄의 넓은 바다가 파도에 의해 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다. 연구팀은 타이탄 표면의 원격 이미지를 기반으로 파도 활동의 징후를 발견했다. MIT 팀은 먼저 지구에서 호수가 침식되는 방식을 모델링하고, 이 모델링을 카시니의 타이탄의 바다 이미지와 접목, 어떤 형태의 침식으로 인해 해안선이 생성되었는지를 확인했다. 그 결과 파도가 가장 합리적인 답이라는 사실을 발견했다. 물론 연구팀의 결과는 100% 확증은 아니다. 타이탄에 파도가 있다는 사실을 확인하려면 타이탄 표면의 파도 활동을 직접 관찰해야 한다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 타이탄 바다의 해안선 침식의 가장 큰 원인은 파도라고 말할 수 있다고 밝혔다. "액체 메탄과 에탄의 파도가 해안에 부딪히고 폭풍이 몰아쳐 해안을 구성하는 물질을 침식한 것으로 추정된다"는 것이다. 이 연구는 '사이언스 어드밴시스'에 발표됐다. 타이탄에 파도가 존재한다는 사실은 카시니가 달 표면에서 액체 덩어리를 발견한 이후 논란이 된 주제였다. 파도의 증거를 찾기 위한 노력도 꾸준히 진행됐다. 일부 과학자들은 바다 표면에서 약간의 거친 면을 보았지만, 그것이 파도인지의 여부는 확인할 수 없었다. 타이탄의 바다에 파도 활동이 일어나는지 여부를 알면, 파도를 일으킬 수 있는 바람의 세기 등 타이탄의 기후에 대한 정보도 얻을 수 있다. 또한 타이탄의 바다가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화할지 예측할 수 있다. 타이탄의 바다는 강이 흐르는 계곡이 교차하는 곳에서 액체의 양이 늘어나면서 형성된 것으로 보인다. 연구팀은 △ 해안 침식 없음 △ 파도에 의한 침식 △ 해안 물질을 용해시키는 '용해' 또는 해안의 자체 무게로 인해 일어나는 '균일한 침식' 등 세 가지 시나리오에 초점을 맞췄다. 그리고 시나리오 각각에 대해 시뮬레이션을 실시했다. 그리고 수백 가지의 다양한 해안선 모양에 대해 모델링을 반복하고 비교했다. 연구팀은 시뮬레이션 결과를 지구상의 실제 호수와 비교해 확인했다. 특히 타이탄에서 가장 크고 지도가 가장 잘 그려져 있는 네 개의 바다에 초점을 맞췄다. 카스피해와 유사한 크라켄 마레(Kraken Mare), 슈피리어호보다 다소 큰 리게이아 마레(Ligeia Mare), 빅토리아 호수보다 긴 풍가 마레(Punga Mare), 온타리오 라쿠스(Ontario Lacus) 등이다. 팀은 카시니 탐사선에서 촬영한 레이더 이미지를 사용해 이들 4개 바다의 해안선을 매핑하고 각 바다의 해안선에 모델링을 적용, 어떤 침식 메커니즘이 타이탄의 바다 해안선 모양을 가장 잘 설명하는지 확인했다. 그 결과, 4개의 바다가 모두 파도에 의한 침식 모델에 들어맞는다는 것을 발견했다. 이는 파도가 타이탄의 4개의 바다와 가장 유사한 해안선을 생성한다는 것을 의미한다. 연구팀은 현재 해안에서 반복적으로 부서질 수 있는 파도를 일으키려면 타이탄의 바람이 얼마나 강해야 하는지를 규명하는 데 주력하고 있다. 또한 타이탄의 해안선 모양을 통해 바람이 불어오는 방향을 파악하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-21